3.2水平方向非彈性碰撞

高考物理解題模型第三章功和能二、水平方向非彈性碰撞如圖3.05所示，木塊與水平彈簧相連放在光滑水平面上，子彈沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi)（時(shí)間極短），然后將彈簧壓縮到最短。關(guān)于子彈和木塊組成系統(tǒng)，下列說法真確是從子彈開始射入到彈簧壓縮到最短過程中系統(tǒng)動量守恒子彈射入木塊過程中，系統(tǒng)動量守恒子彈射入木塊過程中，系統(tǒng)動量不守恒木塊壓縮彈簧過程中，系統(tǒng)動量守恒圖3.05答案：B如圖3.06所示，一個長為L、質(zhì)量為M長方形木塊，靜止在光滑水平面上，一個質(zhì)量為m物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），以水平初速度從木塊左端滑向右端，設(shè)物塊與木塊間動摩擦因數(shù)為，當(dāng)物塊與木塊達(dá)到相對靜止時(shí)，物塊仍在長木塊上，求系統(tǒng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能量Q。圖3.06解析：可先根據(jù)動量守恒定律求出m和M共同速度，再根據(jù)動能定理或能量守恒求出轉(zhuǎn)化為內(nèi)能量Q。對物塊，滑動摩擦力做負(fù)功，由動能定理得：即對物塊做負(fù)功，使物塊動能減少。對木塊，滑動摩擦力對木塊做正功，由動能定理得，即對木塊做正功，使木塊動能增加，系統(tǒng)減少機(jī)械能為：本題中，物塊與木塊相對靜止時(shí)，，則上式可簡化為：又以物塊、木塊為系統(tǒng)，系統(tǒng)在水平方向不受外力，動量守恒，則：聯(lián)立式<2>、<3>得：故系統(tǒng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能量為：如圖3.07所示，光滑水平面地面上放著一輛兩端有擋板靜止小車，車長L＝1m，一個大小可忽略鐵塊從車正中央以速度向右沿車滑行。鐵塊與小車質(zhì)量均等于m，它們之間動摩擦因數(shù)，鐵塊與擋板碰撞過程中機(jī)械能不損失，且碰撞時(shí)間可以忽略不計(jì)，取，求從鐵快由車正中央出發(fā)到兩者相對靜止需經(jīng)歷時(shí)間。圖3.07答案：如圖3.08所示，電容器固定在一個絕緣座上，絕緣座放在光滑水平面上，平行板電容器板間距離為d，右極板上有一小孔，通過孔有一左端固定在電容器左極板上水平絕緣光滑細(xì)桿，電容器極板以及底座、絕緣桿總質(zhì)量為M，給電容器充電后，有一質(zhì)量為m帶正電小環(huán)恰套在桿上以某一初速度v0對準(zhǔn)小孔向左運(yùn)動，并從小孔進(jìn)入電容器，設(shè)帶電環(huán)不影響電容器板間電場分布。帶電環(huán)進(jìn)入電容器后距左板最小距離為0.5d，試求：（1）帶電環(huán)與左極板相距最近時(shí)速度v；（2）此過程中電容器移動距離s。（3）此過程中能量如何變化？圖3.08答案：（1）帶電環(huán)進(jìn)入電容器后在電場力作用下做初速度為v0勻減速直線運(yùn)動，而電容器則在電場力作用下做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)它們速度相等時(shí)，帶電環(huán)與電容器左極板相距最近，由系統(tǒng)動量守恒定律可得：動量觀點(diǎn)：力與運(yùn)動觀點(diǎn)：設(shè)電場力為F（2）能量觀點(diǎn)（在第（1）問基礎(chǔ)上）：對m：對M：所以運(yùn)動學(xué)觀點(diǎn)：對M：，對m：，解得：帶電環(huán)與電容器速度圖像如圖5所示。由三角形面積可得